JP2002355550A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び遅波板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラジアルラインスロットアンテナを使ったマ
イクロ波プラズマ処理装置において、アンテナ中の遅波
板とマイクロ波放射面を構成するスロット板との間の密
着性を向上させ、異常放電を防止する。 【解決手段】 スロット板１６を、遅波板１８と熱膨張
率が近い材料により形成する。あるいはスロット板１６
を、遅波板１８を構成する誘電体板上に、金属を付着さ
せることにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にプラズマ処理
装置に係わり、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置
は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいは
ディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１
μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微
細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度
平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。

【０００３】半導体装置や液晶表示装置の製造に使われ
るプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマ
の励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励
起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装
置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装
置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領
域が限定されているため大きな処理速度すなわちスルー
プットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行う
のが困難である問題点を有している。この問題は、特に
大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら
従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処
理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、ま
た処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいな
ど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、
従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装
置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対す
る厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。

【０００４】一方、従来より直流磁場を用いずにマイク
ロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイク
ロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一
なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロッ
トを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロット
アンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、この
マイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラ
ズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されて
いる。（例えば特開平９−６３７９３公報を参照。）こ
のような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアン
テナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現
でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能で
ある。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズ
マは、励起周波数が高く、かつ磁場を用いた電子の共鳴
現象を用いないため、電子温度が低く、被処理基板のダ
メージや金属汚染を回避することができる。さらに大面
積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、
大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型
液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。

【０００５】

【従来の技術】図１（Ａ），（Ｂ）は、かかるラジアル
ラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラ
ズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１（Ａ）は
マイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図
１（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示
す図である。

【０００６】図１（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラ
ズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気
される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被
処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されてい
る。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前
記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形
成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間
１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基
板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１
０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介し
て均一に排気することができる。

【０００７】前記処理室１０１上には、前記保持台１１
５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室
１０１の外壁の一部として、低誘電損失誘電体よりなり
多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレー
ト１０３がシールリング１０９を介して形成されてお
り、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく
低誘電損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別
のシールリング１０８を介して設けられている。

【０００８】前記シャワープレート１０３にはその上面
にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複
数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４
に連通するように形成されている。さらに、前記シャワ
ープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外
壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通す
るプラズマ励起ガスの供給通路１０６が形成されてお
り、前記プラズマ励起ガス供給ポート１０５に供給され
たＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、前記供給通路１
０６から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供
給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部
の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、
実質的に一様な濃度で放出される。

【０００９】前記処理容器１０１上には、さらに前記カ
バープレート１０２の外側に、前記カバープレート１０
２から４〜５ｍｍ離間して、図１（Ｂ）に示す放射面を
有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けら
れている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０
は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０
Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマ
イクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズ
マ励起ガスを励起する。前記カバープレート１０２とラ
ジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の
隙間は大気により充填されている。

【００１０】前記ラジアルラインスロットアンテナ１１
０は、前記同軸導波管１１０Ａの外導体に接続された平
坦なディスク状のラジアル線路裏面金属板１１０Ｂと、
前記ラジアル線路裏面金属板１１０Ｂの開口部に形成さ
れた、図１（Ｂ）に示す多数のスロット１１０ａおよび
これに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放
射板１１０Ｃとよりなり、前記ラジアル線路裏面金属板
１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定
の誘電体よりなる遅波板１１０Ｄが挿入されている。

【００１１】かかる構成のラジアルラインスロットアン
テナ１１０では、前記同軸導波管１１０から給電された
マイクロ波は、前記ディスク状のラジアル線路裏面金属
板１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広が
りながら進行するが、その際に前記遅波板１１０Ｄの作
用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半
径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロ
ット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に
直交するように形成しておくことにより、円偏波を有す
る平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に
放射することができる。

【００１２】かかるラジアルラインスロットアンテナ１
１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直
下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成され
る。このようにして形成された高密度プラズマは電子温
度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じ
ることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリ
ングに起因する金属汚染が生じることもない。

【００１３】図１のプラズマ処理装置１００では、さら
に前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３
と被処理基板１１４との間の拡散プラズマ領域に、外部
の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１０１中に
形成された処理ガス通路１１２を介して処理ガスを供給
する多数のノズル１１３を形成された導体構造物１１１
が形成されており、前記ノズル１１３の各々は、供給さ
れた処理ガスを、前記導体構造物１１１と被処理基板１
１４との間の空間１０１Ｃに放出する。前記導体構造物
１１１には、前記隣接するノズル１１３と１１３との間
に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前
記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効
率よく通過させるような大きさの開口部が形成されてい
る。

【００１４】そこで、このように前記導体構造物１１１
から前記ノズル１１３を介して処理ガスを前記空間１０
１Ｃに放出した場合、電子温度の低いプラズマ中である
ので処理ガスの過剰解離を抑えることができるため、前
記被処理基板１１４上に、一様で高品質なプラズマ処理
が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子
構造を損傷させることなく、また基板を汚染することな
く行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ
１１０から放射されたマイクロ波は、かかる導体構造物
１１１により阻止され、プラズマ着火前であっても、被
処理基板１１４を損傷させることはない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ラジアルラインスロットアンテナ１１０を使ったプラズ
マ処理装置１００では、前記空間１０１Ｂに形成される
プラズマの密度が１０¹²／ｃｍ³のオーダーに達するた
め、シャワープレート１０３は前記高密度プラズマを構
成する大量のイオンおよび電子に曝されることになり、
これらのイオンおよび電子による加熱が生じる。かかる
イオンおよび電子に起因する熱フラックスは１〜２Ｗ／
ｃｍ²にも達する。しかも、前記プラズマ処理装置１０
０では処理室１０１への堆積物の付着を抑制するため
に、処理室１０１の器壁を１５０°Ｃ程度の温度に保持
して運転されることが多いが、このような処理室１０１
の加熱の結果、誘電体材料よりなる前記シャワープレー
ト１０３およびカバープレート１０２中には熱が蓄積し
てしまい、非常に大きな温度分布が生じてしまう。

【００１６】このようなシャワープレート１０３および
カバープレート１０２中への熱の蓄積を軽減するには、
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０を前記カバ
ープレート１０２に密接させ、アンテナ１１０をヒート
シンクとして熱を除去するのが望ましいが、従来のラジ
アルラインスロットアンテナ１１０では前記放射板１１
０Ｃが前記同軸導波管１１０Ａの中心導体に対してネジ
止めされていたため、ネジ頭のためのスペースを前記カ
バープレート１０２と放射板１１０Ｃとの間に確保する
必要があり、かかる構成を採用することが困難であっ
た。

【００１７】また、従来のプラズマ処理装置１００では
前記シャワープレート１０３およびカバープレート１０
２からの熱フラックスにより前記ラジアルラインスロッ
トアンテナ１１０は、前記カバープレート１０２に密接
していなくても、実質的な加熱を受け、温度が上昇す
る。また、前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０
を密接させた場合には、アンテナの温度上昇はさらに大
きくなる。

【００１８】従来のラジアルラインスロットアンテナ
は、かかる高温環境下での使用を前提として設計されて
はおらず、そのためこのようにアンテナの温度が上昇し
た場合、熱膨張率の違いにより、アンテナ内、特に遅波
板として設けられた誘電体板１１０Ｄと放射板１１０Ｃ
との間に隙間が生じる場合がある。このように遅波板１
１０Ｄと放射板１１０Ｃとの間に隙間が生じると、遅波
板中を伝播するマイクロ波が感じるインピーダンスが乱
れ、アンテナ内において好ましくない異常放電や反射波
の形成、あるいは定在波の形成等の問題が発生してしま
う。異常放電が生じると、そのアンテナは以後使用不能
になってしまう。

【００１９】そこで本発明は、上述の課題を解決した新
規で有用なプラズマプロセス装置を提供することを目的
とする。

【００２０】本発明のより具体的な課題は、ラジアルラ
インスロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラ
ズマ処理装置において、ラジアルラインスロットアンテ
ナ中における遅波板と放射板との密着性を改善すること
にある。

【００２１】本発明のその他の課題は、ラジアルライン
スロットアンテナを使ってプラズマを励起するプラズマ
処理装置において、アンテナが加熱された場合にも安定
してマイクロ波を放射できる構成を提供することにあ
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、外壁により画成され、被処
理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理
容器に結合された排気系と、前記処理容器中にプラズマ
ガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器上
に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、同軸
導波管により給電されるマイクロ波アンテナとよりな
り、前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジア
ル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に
前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有す
るマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板と
マイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりな
り、前記マイクロ波放射面を、前記誘電体板との熱膨張
率の差が、前記誘電体板の熱膨張率に対して１０％以内
となるような導電性材料より構成したことを特徴とする
プラズマ処理装置により、または請求項２に記載したよ
うに、前記誘電体板は、Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂およびＳｉ₃
Ｎ₄のいずれかより選ばれることを特徴とする請求項１
記載のプラズマ処理装置により、または請求項３に記載
したように、前記誘電体板はアルミナセラミックよりな
り、前記マイクロ波放射面はＣｕとＷの合金よりなるこ
とを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装
置により、または請求項４に記載したように、前記マイ
クロ波放射面は、導電性材料よりなる基材と、前記基材
の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇあるいはＣｕより
なるめっき層とよりなることを特徴とする請求項１〜３
のうち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置により、
または請求項５に記載したように、前記めっき層は６μ
ｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項４記載の
プラズマ処理装置により、または請求項６に記載したよ
うに、前記マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、セラ
ミック系接着剤層により接着されていることを特徴とす
る請求項１〜５のうち、いずれか一項記載のプラズマ処
理装置により、または請求項７に記載したように、前記
マイクロ波放射面と前記誘電体板とは、導電性接着剤層
により接着されていることを特徴とする請求項１〜５の
うち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置により、ま
たは請求項８に記載したように、外壁により画成され、
被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記
処理容器に結合された排気系と、前記処理容器中にプラ
ズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容
器上に、前記プラズマガス供給部に対応して設けられ、
同軸導波管により給電されるマイクロ波アンテナとより
なり、前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジ
アル線路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上
に前記開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有
するマイクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板
とマイクロ波放射面との間に設けられた誘電体板とより
なり、前記マイクロ波放射面は、前記誘電体板上に形成
された導電体材料のめっき層よりなることを特徴とする
プラズマ処理装置により、または請求項９に記載したよ
うに、前記導電体材料のめっき層は、無電解めっき層で
あることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置
により、または請求項１０に記載したように、前記めっ
き層は、少なくとも一原子層の無電解めっき層と、前記
無電解めっき層上に形成された電解めっき層とよりなる
ことを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置によ
り、または請求項１１に記載したように、前記導電性材
料はＣｕよりなることを特徴とする請求項８〜１０のう
ち、いずれか一項記載のプラズマ処理装置により、また
は請求項１２に記載したように、前記めっき層は、前記
誘電体板に接するＮｉ層と，前記Ｎｉ層上に形成された
Ｃｕ層とよりなることを特徴とする請求項８記載のプラ
ズマ処理装置により、または請求項１３に記載したよう
に、少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上の厚さを有す
ることを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置
により、または請求項１４に記載したように、前記スロ
ットは、エッチングにより形成されたことを特徴とする
請求項８〜１３のうち、いずれか一項記載のプラズマ処
理装置により、または、請求項１５に記載したように、
被処理基体が載置される載置台が内部に設けられた処理
容器と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給する
マイクロ波発生器と該マイクロ波発生器と前記処理容器
との間に設けられ、前記マイクロ波発生器から供給され
るマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、該遅波板によ
り波長短縮されたマイクロ波を前記処理容器内の空間に
放射するマイクロ波放射部材とを有し、前記遅波板の少
なくとも上面と下面とに金属層が形成されており、前記
マイクロ波放射部材は、前記遅波板の表面に形成された
前記金属層より構成されることを特徴とするプラズマ処
理装置により、または、請求項１６に記載したように、
前記マイクロ波放射部材は多数のスロットを有し、該ス
ロットは前記金属層をエッチングにより除去することに
より形成されることを特徴とする請求項１４記載のマイ
クロ波プラズマ処理装置により、または、請求項１７に
記載したように、前記金属層の厚みは、前記マイクロ波
発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいこと
を特徴とする請求項１５又は１６記載のプラズマ処理装
置により、または、請求項１８に記載したように、前記
金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群から選定さ
れた材料によるめっき層であることを特徴とする請求項
１５〜１７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置
により、または、請求項１９に記載したように、マイク
ロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金属層は銅め
っき層よりなり、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ処理装置
により、または、請求項２０に記載したように、前記金
属層は、化学的気相合成法（ＣＶＤ）により堆積された
金属膜であることを特徴とする請求項１５〜１７のうち
いずれか一項記載のプラズマ処理装置により、または、
請求項２１に記載したように、前記金属層は、物理的気
相合成法（ＰＶＤ）により堆積された金属膜であること
を特徴とする請求項１５〜１７のうちいずれか一項記載
のプラズマ処理装置により、または、請求項２２に記載
したように、前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を
前記遅波板に供給する同軸導波管をさらに有し、該同軸
導波管の外管及び内側ケーブルは、前記遅波板の中央部
分に半田付けにより接続されることを特徴とする請求項
１５〜２１のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置
により、または、請求項２３に記載したように、被処理
基体が載置される載置台が内部に設けられた処理容器
と、マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイ
クロ波発生器と、該マイクロ波発生器と前記処理容器と
の間に設けられ、少なくとも上面及び下面が金属層によ
り覆われており、前記マイクロ波発生器からのマイクロ
波の波長を短縮する遅波板と、前記遅波板の表面に形成
された前記金属層の一部により構成されたマイクロ波放
射部材とを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いる
プラズマ処理方法であって、前記被処理基体の処理面を
前記マイクロ波放射部材に対向するように前記載置台に
載置し、前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の
一部に形成された多数のスロットからマイクロ波を前記
処理容器内に導入し、導入したマイクロ波により前記処
理容器内にプラズマを発生させ、発生したプラズマによ
り前記被処理基体にプラズマ処理を施すことを特徴とす
るプラズマ処理方法により、または、請求項２４に記載
したように、プラズマ処理を施す処理容器と、マイクロ
波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発生器
とを有するマイクロ波プラズマ処理装置に用いられ、前
記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長を
短縮する遅波板であって、少なくとも上面及び下面が金
属層により覆われており、該金属層の一部によりマイク
ロ波放射部材が構成されたことを特徴とする遅波板によ
り、または、請求項２５に記載したように、前記マイク
ロ波放射部材は多数のスロットを有し、該スロットは前
記金属層をエッチングにより除去することにより形成さ
れることを特徴とする請求項２４記載の遅波板により、
または、請求項２６に記載したように、前記金属層の厚
みは、前記マイクロ波発生器が発生するマイクロ波の表
皮深さより大きいことを特徴とする請求項２４又は２５
記載の遅波板により、または、請求項２７に記載したよ
うに、前記金属層は、銅、金、銀、ニッケルよりなる群
から選定された材料によるめっき層であることを特徴と
する請求項２４〜２６のうちいずれか一項記載の遅波板
により、または、請求項２８に記載したように、供給さ
れるマイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚであり、前記金
属めっき層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層の厚み
は６μｍ以上であることを特徴とする請求項２７記載の
遅波板により、または、請求項２９に記載したように、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記遅波板に
供給する同軸導波管に半田付けにより接合される突起部
を中央部分に有することを特徴とする請求項２４〜２８
のうちいずれか一項記載の遅波板により、解決する。
［作用］本発明によれば、ラジアルラインスロットアン
テナ中の遅波板と放射面を構成するスロット板との間の
熱膨張差が１０％以下に制御されるため、アンテナがプ
ラズマにより加熱されてもアンテナ内において隙間が発
生する等の問題は生じることがなく、これに伴い、異常
放電や反射波の形成、定在波の形成等の問題を回避する
ことが可能になる。

【００２３】また、本発明において、前記スロット板を
前記遅波板上に、めっきにより形成することにより前記
遅波板上の微細な凹凸がめっき層により充填され、前記
スロット板と遅波板との間に理想的な密着を実現するこ
とが可能になる。

【００２４】さらに、本発明において、遅波板の少なく
とも上面及び下面にめっき層を形成し、下面のめっき層
をマイクロ波放射材として機能させることにより、マイ
クロ波放射材がプラズマにより加熱されてもマイクロ波
放射材と遅波板との間に隙間が発生する等の問題は生じ
ることがない。したがって、異常放電や反射波の形成、
定在波の形成等の問題を回避することが可能になる。ま
た、遅波板の上面に形成されためっき層により、遅波板
の上面部分においても金属部と遅波板との間に隙間が生
じないため、マイクロ波放射特性が安定する。

【００２５】また、上述の発明によれば、マイクロ波放
射部材が金属層により形成されるため、スロット部分の
厚みが薄くでき、スロット部分でのカットオフ現象に起
因するマイクロ波の反射を抑制することができ、放射効
率が改善される。さらに、マイクロ波放射部材が金属層
の一部として遅波板に一体的に形成されるため、遅波板
とマイクロ波放射部材と別個の部品として作製して接合
する必要がない。これにより、熱膨張や経時変化により
遅波板とマイクロ波放射部材との間に間隙が形成される
ことが防止され、一様なマイクロ波を処理容器に導入す
ることができる。したがって、経時変化が少なく、再現
性のよいプラズマ処理を行うことができる。また、遅波
板のほぼ全体が金属めっき層により覆われるため、遅波
板に供給されたマイクロ波が漏洩することなく処理容器
に導入されるため、効率のよいプラズマ生成を行うこと
ができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】［第１実施例］図２（Ａ），
（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるマイクロ波プラズ
マ処理装置１０の構成を示す。

【００２７】図２（Ａ）を参照するに、前記マイクロ波
プラズマ処理装置１０は処理容器１１と、前記処理容器
１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックによ
り保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）によ
り形成されたＡｌＮもしくはＡｌ₂Ｏ₃よりなる保持台１
３とを含み、前記処理容器１１内には前記保持台１３を
囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち前記保持台１３上
の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも
二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形
成されている。前記処理容器１１は、かかる排気ポート
１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプ等
により、排気・減圧される。

【００２８】前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有
するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には
酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成
されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被
処理基板１２に対応する部分には、ＨＩＰ法により形成
された緻密なＡｌ₂Ｏ₃よりなり多数のノズル開口部１４
Ａを形成されたディスク状のシャワープレート１４が、
前記外壁の一部として形成される。かかるＨＩＰ法によ
り形成されたＡｌ₂Ｏ₃シャワープレート１４はＹ₂Ｏ₃を
焼結助剤として使って形成され、気孔率が０．０３％以
下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、３０Ｗ
／ｍ・Ｋに達する、ＡｌＮには及ばないものの、セラミ
ックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。

【００２９】前記シャワープレート１４は前記処理容器
１１上にシールリング１１ｓを介して装着され、さらに
前記シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理によ
り形成された緻密なＡｌ₂Ｏ₃よりなるカバープレート１
５が、シールリング１１ｔを介して設けられている。前
記シャワープレート１４の前記カバープレート１５と接
する側には前記ノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラ
ズマ励起ガス流路となる凹部１４Ｂが形成されており、
前記凹部１４Ｂは前記シャワープレート１４の内部に形
成され、前記処理容器１１の外壁に形成されたプラズマ
ガス入口１１ｐに連通する別のプラズマガス流路１４Ｃ
に連通している。

【００３０】前記シャワープレート１４は前記処理容器
１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持さ
れており、前記張り出し部１１ｂのうち、前記シャワー
プレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するた
めに丸みが形成されている。

【００３１】そこで、前記プラズマ励起ガス入口１１ｐ
に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは前記シャワ
ープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通
過した後、前記開口部１４Ａを介して前記シャワープレ
ート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。

【００３２】前記カバープレート１５上には、前記カバ
ープレート１５に密接し図２（Ｂ）に示す多数のスロッ
ト１６ａ，１６ｂを形成されたディスク状のスロット板
１６と、前記スロット板１６を保持するディスク状の金
属板１７（ラジアル線路裏面金属板）と、前記スロット
板１６と前記金属板１７との間に挟持されたＡｌ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂あるいはＳｉ₃Ｎ₄の低誘電損失誘電体材料より
なる遅波板１８とにより構成されたラジアルラインスロ
ットアンテナ２０が設けられている。前記スロット板１
６は、１０ｗｔ％までのＷ（タングステン）を含んだＣ
ｕ（銅）より構成されるのが好ましく、特に前記遅波板
１８として線膨張係数が７〜８×１０^-6／°ＣのＡｌ₂
Ｏ₃を使った場合、遅波板１８として線膨張係数が約７
×１０^-6／°ＣのＣｕ−Ｗ合金を使うことにより、前記
遅波板１８との間の熱膨張差を１０％以下に抑制するこ
とができる。前記Ｃｕ−Ｗ合金は比抵抗が比較的大きい
ため、ラジアルラインスロットアンテナのスロット板１
６として使う場合には、その上に図３の拡大図に示すよ
うにＡｕ（金）やＡｇ（銀）、銅（Ｃｕ）などの低抵抗
層１６ｒを、マイクロ波の表皮効果を考慮して約３μｍ
以上の厚さに形成しておくのが好ましい。かかる低抵抗
層１６ｒは、例えば電解めっきなどにより、容易に形成
することができる。

【００３３】前記スロット板１６は、前記遅波板１８に
セラミックス系の接着剤により接着することが可能であ
る。かかるセラミック系接着剤としては典型的にはアル
ミナ粒子を溶媒中に分散させたものが市販されている。
接着後、２００〜３００°Ｃでアニールすることにより
溶媒が揮発され、図３に示すマイクロ波損失の無い強固
な接着層１８₁が得られる。

【００３４】前記ラジアルスロットラインアンテナ２０
は前記処理容器１１上にシールリング１１ｕを介して装
着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２
０には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図
示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３Ｇ
Ｈｚのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波
は前記スロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂから
前記カバープレート１５およびシャワープレート１４を
介して前記処理容器１１中に放射され、前記シャワープ
レート１４直下の空間１１Ｂにおいて、前記開口部１４
Ａから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起す
る。その際、前記カバープレート１５およびシャワープ
レート１４はＡｌ₂Ｏ₃により形成されており、効率的な
マイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズ
マガス流路１４Ａ〜１４Ｃにおいてプラズマが励起され
るのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路１
４Ａ〜１４Ｃにおいて約６６６６Ｐａ〜１３３３２Ｐａ
（約５０〜１００Ｔｏｒｒ）の圧力に保持される。

【００３５】前記ラジアルラインスロットアンテナ２０
と前記カバープレート１５との密着性を向上させるた
め、本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置１０では前
記スロット板１６に係合する前記処理容器１１の上面の
一部にリング状の溝１１ｇが形成されており、かかる溝
１１ｇを、これに連通した排気ポート１１Ｇを介して排
気することにより、前記スロット板１６とカバープレー
ト１５との間に形成された隙間を減圧し、大気圧によ
り、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を前記カ
バープレート１５にしっかりと押し付けることが可能に
なる。かかる隙間には、前記スロット板１６に形成され
たスロット１６ａ，１６ｂが含まれるが、それ以外にも
様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる
隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０と処
理容器１１との間のシールリング１１ｕにより封止され
ている。

【００３６】さらに前記排気ポート１１Ｇおよび溝１５
ｇを介して前記スロット板１６と前記カバープレート１
５との間の隙間に熱伝導率の大きい不活性気体を充填す
ることにより、前記カバープレート１５から前記スロッ
ト板１６への熱の輸送を促進することができる。かかる
不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化
エネルギの高いＨｅを使うのが好ましい。前記隙間にＨ
ｅを充填する場合には、０．８気圧程度の圧力に設定す
るのが好ましい。図３の構成では、前記溝１５ｇの排気
および溝１５ｇへの不活性気体の充填のため、前記排気
ポート１１Ｇにバルブ１１Ｖが接続されている。

【００３７】前記同軸導波管２１Ａのうち、外側の導波
管２１Ａはディスク状の金属板１７（ラジアル線路裏面
金属板）に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１
８に形成された開口部を介して前記スロット板１６に接
続されている。そこで前記同軸導波管２１に供給された
マイクロ波は、前記金属板１７とスロット板１６との間
を径方向に進行しながら、前記スロット１６ａ，１６ｂ
より放射される。

【００３８】図２（Ｂ）は前記スロット板１６上に形成
されたスロット１６ａ，１６ｂを示す。

【００３９】図２（Ｂ）を参照するに、前記スロット１
６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６
ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく
同心円状に形成されている。前記スロット１６ａ，１６
ｂは、前記スロット板１６の半径方向に、前記遅波板１
８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で
形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板
１６から略平面波となって放射される。その際、前記ス
ロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成
しているため、このようにして放射されたマイクロ波
は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。

【００４０】さらに図２（Ａ）のプラズマ処理装置１０
では、前記金属板１７上に、冷却水通路１９Ａを形成さ
れた冷却ブロック１９が形成されており、前記冷却ブロ
ック１９を前記冷却水通路１９Ａ中の冷却水により冷却
することにより、前記シャワープレート１４に蓄積され
た熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２０を介
して吸収する。前記冷却水通路１９Ａは前記冷却ブロッ
ク１９上においてスパイラル状に形成されており、好ま
しくはＨ₂ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除
して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。

【００４１】また、図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処
理装置１０では、前記処理容器１１中、前記シャワープ
レート１４と前記保持台１３上の被処理基板１２との間
に、前記処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入
口１１ｒから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガス
ノズル開口部３１Ｂ（図４参照）から放出する格子状の
処理ガス通路３１Ａを有する処理ガス供給構造３１が設
けられ、前記処理ガス供給構造３１と前記被処理基板１
２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理
がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、
プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶ
Ｄ処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造３１
から前記空間１１ＣにＣ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８またはＣ_４Ｆ
_６などのカーボンリッチなフルオロカーボンガスや、Ｆ
系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、前記保
持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加する
ことにより、前記被処理基板１２に対して反応性イオン
エッチングを行うことが可能である。

【００４２】本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装
置１０では、前記処理容器１１の外壁は１５０°Ｃ程度
の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反
応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドラ
イクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転す
ることが可能である。

【００４３】図４は、図２（Ａ）の処理ガス供給構造３
１の構成を示す底面図である。

【００４４】図４を参照するに、前記処理ガス供給構造
３１は例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレ
ススチール等の導電体より構成されており、前記格子状
処理ガス通路３１Ａは前記処理ガス注入口１１ｒに処理
ガス供給ポート３１Ｒにおいて接続され、下面形成され
た多数の処理ガスノズル開口部３１Ｂから処理ガスを前
記空間１１Ｃに均一に放出する。また、前記処理ガス供
給構造３１には、隣接する処理ガス通路３１Ａの間にプ
ラズマやプラズマ中に含まれる処理ガスを通過させる開
口部３１Ｃを形成されている。前記処理ガス供給構造３
１をＭｇ含有Ａｌ合金により形成する場合には、表面に
弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記処理ガ
ス供給構造３１をＡｌ添加ステンレススチールにより形
成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を
形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理
装置１０では、励起される励起されるプラズマ中の電子
温度が低いためプラズマ中のイオンの入射エネルギが小
さく、かかる処理ガス供給構造３１がスパッタリングさ
れて被処理基板１２に金属汚染が生じる問題が回避され
る。前記処理ガス供給構造３１は、石英またはアルミナ
等の誘電体により形成することも可能である。

【００４５】前記格子状処理ガス通路３１Ａおよび処理
ガスノズル開口部３１Ｂは図４に破線で示した被処理基
板１２よりもやや大きい領域をカバーするように設けら
れている。かかる処理ガス供給構造３１を前記シャワー
プレート１４と被処理基板１２との間に設けることによ
り、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励
起された処理ガスにより、均一に処理することが可能に
なる。

【００４６】前記処理ガス供給構造３１を金属等の導体
により形成する場合には、前記格子状処理ガス通路３１
Ａ相互の間隔を前記マイクロ波の波長に対応するカット
オフ導波管のサイズより小さく設定することにより、前
記処理ガス供給構造３１はマイクロ波の短絡面を形成す
る。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間
１１Ｂ中においてのみ生じ、前記被処理基板１２の表面
を含む空間１１Ｃにおいては前記励起空間１１Ｂから拡
散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。
また、プラズマ着火時に前記被処理基板１２が直接マイ
クロ波に曝されるのを防ぐことが出来るので、マイクロ
波による基板の損傷も防ぐことが出来る。

【００４７】本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装
置１０では、処理ガス供給構造３１を使うことにより処
理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処
理基板１２表面における過剰解離の問題を解消すること
ができ、被処理基板１２の表面にアスペクト比の大きい
構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、か
かる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能で
ある。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、
設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有
効である。

【００４８】本実施例によるプラズマ処理装置１０で
は、用途により、図５に示すプラズマ処理装置１０Ａの
ように前記処理ガス供給部３１を撤去することも可能で
ある。ただし図５中、先に説明した部分には同一の参照
符号を付し、説明を省略する。

【００４９】図５の構成では、前記シャワープレート１
４からＡｒあるいはＫｒなどの不活性ガスとともにＯ₂
などの酸化性ガスあるいはＮＨ₃やＮ₂とＨ₂の混合ガス
のような窒化性ガスを導入することで、前記被処理基板
１２の表面に酸化膜や窒化膜、あるいは酸窒化膜を形成
することが可能になる。

【００５０】本実施例では、前記スロット板１６と遅波
板１８との間の熱膨張差が１０％以下に抑制されている
ため、処理容器１１から高密度プラズマに起因する大量
の熱フラックスがアンテナ２０に供給されて前記スロッ
ト板１６および遅波板１８の温度が上昇しても、前記ス
ロット板１６と遅波板１８との間に隙間が生じることは
なく、異常放電や反射波の形成、あるいは定在波の形成
等の問題を効果的に回避することができる。 ［第２実施例］図６は、本発明の第２実施例によるプラ
ズマ処理装置１０Ｂの構成を示す。ただし図６中、先に
説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略す
る。

【００５１】図６を参照するに、本実施例においては図
２（Ａ）のマイクロ波アンテナ２０の代わりにマイクロ
波アンテナ２０Ａが使われる。マイクロ波アンテナ２０
Ａでは同軸導波管２１の中心導体２１Ｂの先端部２１ｂ
がスロット板１６から離間されており、前記スロット板
１６上に形成された遅波板１８の背後に結合される。か
かる構成では、前記中心導体２１Ｂを前記スロット板１
６に接触させずに、効率的にマイクロ波を給電する。前
記マイクロ波アンテナ２０Ａでは、前記遅波板１８は前
記スロット板１６の背後に連続的に延在し、前記中心導
体のためのコンタクトホールは形成されていない。

【００５２】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、前記プラズマ処理
装置１０Ｂで使われるラジアルラインスロットアンテナ
２０Ａにおける、遅波板１８とスロット板１６の形成工
程を示す図である。

【００５３】図７（Ａ）を参照するに、最初にＡｌ₂Ｏ₃
やＳｉＯ₂あるいはＳｉ₃Ｎ₄よりなる遅波板１８が無電
解めっき槽Ｂａｔｈ１中においてＣｕの無電解めっき液
中に浸漬され、表面に少なくとも１原子層の無電解Ｃｕ
めっき層１６₁が形成される。

【００５４】図７（Ａ）の無電解めっきをさらに継続
し、前記遅波板１８上に無電解めっきＣｕ層を所望の厚
さに堆積してもよいが、密着性を向上させる観点から
は、図７（Ｂ）に示すように先の図７（Ａ）の工程で前
記無電解Ｃｕめっき層１６₁を形成された遅波板１８
を、電解めっき槽Ｂａｔｈ２において電界めっき液中に
浸漬し、前記無電解Ｃｕめっき層１６₁を電極に使い、
電解Ｃｕめっき層１６₂を前記無電解Ｃｕめっき層１６₁
上に所望の厚さに形成するのが好ましい。前記Ｃｕ層１
６₂の所望の厚さは、マイクロ波の表皮効果を勘案し
て、６μｍ以上とするのが好ましい。

【００５５】このようにして形成されたＣｕ層１６₁お
よび１６₂は図７（Ｃ）の工程においてレジスト膜Ｒに
より覆われ、図７（Ｄ）の工程でこれを露光・現像し、
形成されたレジストパターンＲ’をマスクに前記Ｃｕ層
１６₁および１６₂をパターニングすることにより、前記
スロット１６ａ，１６ｂが形成されたスロット板１６が
得られる。また所望のパターンを有する膜を貼り付け、
かかる膜をマスクにウェットエッチングにより前記Ｃｕ
層１６をパターニングすることも可能である。

【００５６】かかる工程により形成されたスロット板１
６は、Ｃｕにより形成されていても遅波板１８表面の微
細な凹凸を充填して形成されているため密着力に優れ、
スロット板１６と遅波板１８との間における隙間の形成
を抑制するのに効果的である。

【００５７】なお、先にも説明したが、前記スロット板
１６は無電解めっきによって形成してもよい。さらに図
７（Ａ）〜（Ｄ）の例において、前記無電解Ｃｕめっき
層１６₁の代わりにＮｉめっき層を使うことも可能であ
る。

【００５８】図６の実施例においても、プラズマ処理装
置の用途如何により、前記処理ガス供給供給構造を撤去
することが可能である。

【００５９】なお、図７（Ａ）〜（Ｄ）の工程によるス
ロット板１６の形成方法は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラ
ズマ処理装置１０あるいは図５のプラズマ処理装置１０
Ａに対しても、さらに図１（Ａ），（Ｂ）に示す従来の
プラズマ処理装置１００に対しても適用可能である。 ［第３実施例］図８は本発明の一実施の形態によるマイ
クロ波プラズマ処理装置の概略構成図である。

【００６０】図８に示すマイクロ波プラズマ処理装置４
０は、例えばプラズマＣＶＤ装置であり、処理容器４２
内において被処理基体としての半導体ウェハＷにプラズ
マＣＶＤ処理を施すものである。処理容器４２は例えば
アルミニウムにより形成され、真空引き可能なように密
閉構造を有する。処理容器４２内には半導体ウェハＷを
載置するための載置台４４が設けられる。

【００６１】処理容器４２の底部には排気口４２ａが設
けられ、真空ポンプ（図示せず）が接続されて処理容器
４２内を所定の低圧状態に維持することができる。

【００６２】処理容器４２の天井部には、誘電体板４６
が気密に取り付けられる。本実施例では、少なくとも上
面及び下面にめっきが施こされた遅波板４８が、誘電体
板４６の上に取り付けられる。本実施例では、遅波板４
８のめっき層によりマイクロ波放射部材を形成している
ので、マイクロ波放射部材としてのアンテナ部材を遅波
板４８とは個別に設ける必要はない。めっきが施された
遅波板４８については、後述する。

【００６３】遅波板４８は、支持部材５０に取り付けら
れる。支持部材５０は遅波板４８を支持するとともに、
遅波板４８を冷却する機能を有している。すなわち、支
持部材５０の内部には冷却水が流れる通路５０ａが形成
され、プラズマ処理時に遅波板４８を冷却する。

【００６４】遅波板４８の中央部分には、マイクロ波を
供給するための同軸導波管５２が接続される。同軸導波
管５２は同軸導波管変換器５４を介して導波管５６に接
続され、導波管５６はマグネトロン等よりなるマイクロ
波発生器５８に接続される。

【００６５】上述の構成において、マイクロ波発生器２
８により発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波
は、導波管５６を伝播して同軸導波管変換器５４を介し
て同軸導波管５２に供給される。同軸導波管５２を伝播
したマイクロ波は、遅波板４８により波長が短縮された
後、遅波板４８の表面に形成されためっき層からなるマ
イクロ波放射部材により誘電体板４６を透過して処理容
器５２の処理空間に向けて放射される。

【００６６】処理容器４２内の処理空間には、プラズマ
用ガスが供給され、プラズマ用ガスがマイクロ波により
プラズマ化される。このプラズマにより、載置台４４上
に載置された半導体ウェハＷにプラズマ処理が施され
る。

【００６７】次に、本実施の形態における遅波板４８に
ついて、図９を参照しながら説明する。図９は遅波板４
８の断面図である。

【００６８】遅波板４８は、アルミナ（ＡｌＯ_３）、窒
化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、石英等の誘電体により形成され、平坦な円板形状
を有している。遅波板４８の中央部分には、同軸導波管
２２が接続される突起部４８ａが形成される。突起部４
８ａは、円錐形の一部を形成する傾斜面４８ｂを有して
おり、マイクロ波による電界の集中を防止している。突
起部に４８ａには、同軸導波管５２の外管５２ａが接続
される。外管５２ａは突起部４８ａの平坦な頂面４８ｃ
に接続されてもよく、また、傾斜面４８ｂに接続されて
もよい。

【００６９】突起部４８ａの中央には、同軸導波管５２
の内側ケーブル５２ｂが挿入される貫通孔４８ｄが形成
される。貫通孔４８ｄの処理容器側の端部にはテーパ部
４８ｅが形成され、このテーパ部の形状に対応した形状
に形成された内側ケーブル５２ｂの端部が嵌合する。

【００７０】ここで、遅波板４８の表面には、銅、金、
銀、ニッケル等の金属めっき層６０が形成される。金属
めっき層６０は、遅波板４８の突起部４８ａの頂面４８
ｃを除く全面に形成される。特に遅波板４８の処理容器
４２の内部に面する表面に形成されためっき層６０は、
所定のパターンでエッチングされ、めっき層が除去され
た部分がスロットとして機能する。

【００７１】図３は遅波板４８の金属めっき層６０にス
ロット３２が形成された面を示す平面図である。図３に
示すように、スロット３２の各々は細長い楕円状であ
り、３つの異なる円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に沿って配置さ
れている。なお、スロット３２は円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
の各々の全周にわたって設けられているが、図３では簡
略化のためその一部のみを示している。ここで、円周Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３の中心は、遅波板４８の外形の中心から
ずれており（偏心しており）、その各々のずれ方向（偏
心方向）は異なっている。

【００７２】すなわち、内側の円周Ｐ１の中心が遅波板
４８の外形の中心からずれる方向に対して、中央の円周
Ｐ２の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる方向は
１２０度異なっている。また、中央の円周Ｐ２の中心が
遅波板４８の外形の中心からずれる方向に対して、外側
の円周Ｐ３の中心が遅波板４８の外形の中心からずれる
方向は１２０度異なっている。このように、円周Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３の中心は互いに異なった方向へとずれてい
る。

【００７３】このように、複数の非同心円に沿ってスロ
ット３２を配列すると、金属めっき層３０を放射方向に
伝播して外周面により反射された表面波は、遅波板４８
の中心部に向かって戻るが、遅波板４８の中心一点に集
中することはない。すなわち、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の
ずれ量に従ってある程度の大きさの範囲に戻ることとな
る。したがって、本実施の形態によるスロット６２の配
置によれば、円周Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が同心円である場合
に表面波が一点に集中することでプラズマ空間の電子密
度に不均一性が発生していた従来の平面アンテナ部材に
比べ、不均一性が改善され、プラズマ密度の分布をある
程度均一にすることができる。

【００７４】なお、図３に示すスロット６２は、複数の
非同心円状に配列されているが、螺旋状に配列してもよ
く、また、複数の同心円状に配列することとしてもよ
い。また、スロット６２の形状は図３に示すような細長
い楕円に限られることはなく、円形、三角形、正方形、
長方形等の形状を採用することができるが、多角形の場
合、角部に丸みをつけて電界の集中を防止することが好
ましい。また、２つのスロットを近接してＴ字状に配列
してスロット対とし、多数のスロット対を複数の同心円
状、螺旋状あるいは、複数の非同心円状に配列してもよ
い。

【００７５】めっき層６０の厚みはマイクロ波の表皮深
さδよりも厚くすることが好ましく、以下の式に基づい
て決定することが好ましい。

【００７６】δ＝（２／ωσμ_０）^１／２ ここで、ωは角周波数であり、σは導電率であり、μ_０
は真空中の透磁率である。

【００７７】２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、め
っき層６０を銅めっきにより形成した場合、銅の導電率
σ＝６．４５×１０^７（Ωｍ）^−１であり、真空透磁率
μ_０＝１．２５７×１０^−６Ｈｍ^−１であり、角周波数
は２π×２．４５×１０^９Ｈｚであるので、表皮深さδ
＝１．９８×１０^−６ｍ＝１．９８μｍ（約２μｍ）と
なる。ここで、めっき層の表皮深さでは電界の減少は約
３０％であるので、余裕率をみて３倍として、めっき層
６０を銅により形成した場合の厚みは約６μｍとするこ
とが好ましい。

【００７８】以上のように、本実施の形態による遅波板
４８には、金属めっき層６０が形成され、金属めっき層
６０がアンテナ部材（マイクロ波放射部材）の機能を果
たすので、アンテナ部材を別個に設ける必要はなく、部
品点数を減少することができる。また、遅波板４８の表
面は、マイクロ波を供給する部分及び放射する部分（ス
ロット）を除いて全て金属めっき層６０により覆われて
いるので、マイクロ波が遅波板４８の外に漏れることが
防止され、供給されたマイクロ波を損失無く処理容器の
処理空間へと導入することができる。

【００７９】また、スロットが形成される金属部材は、
厚みが数μｍ程度の金属めっき層３０であるので、スロ
ットでの異常放電が減少し、従来よりも大電力を投入す
ることができるため、プラズマ処理のスループットが向
上する。また、スロット部分の厚みが薄いため、スロッ
トによるマイクロ波の反射が減少し、放射効率が改善さ
れる。

【００８０】図１１は同軸導波管５２と遅波板４８との
接続の一例を示す断面図である。図１１に示す構成で
は、同軸導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８
の突起部４８ａの傾斜面４８ｂに対応した形状とし、半
田付けにて接合する。また、内側ケーブル５２ｂの先端
部も貫通穴４８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付け
にて接合する。

【００８１】遅波板４８（実際には遅波板４８の表面に
形成されためっき層６０）と支持部材５０との間には、
伝熱特性の良好な接着材６８を設けて、遅波板４８を支
持部材５０に強固に固定すると共に、遅波板４８の熱を
支持部材５０に伝達する。なお、図１１に示す支持部材
５０は、冷却水の通路が省略されている。また、遅波板
４８の外周側面は、金属板６４を介して支持部材５０を
貫通した多数のねじ６６により押圧され固定される。こ
れにより、遅波板４８と支持部材との間の確実な電気的
接触が維持される。

【００８２】図１２は同軸導波管５２と遅波板４８との
接続の一例を示す断面図である。図１２において、図１
１に示す構成部品と同等な構成部品には同じ符号を付
し、その説明は省略する。図１２に示す構成では、同軸
導波管５２の外管５２ａの先端を、遅波板４８の突起部
４８ａの頂面４８ｃに対向させて接触するよう構成して
いる。また、内側ケーブル５２ｂの先端部は、貫通穴４
８ｄの内面及びテーパ部４８ｅに半田付けにて接合す
る。また、突起部４８ａの傾斜面４８ｂの先端部におい
て、シールドスパイラル７０を設けて、支持部材５０と
遅波板４８の金属めっき層６０との電気的接触をより確
実にしている。

【００８３】なお、本実施例によるめっき層６０は、上
述の第２実施例によるめっき層と同様な方法で形成する
ことができる。また、めっき層を遅波板の上面及び下面
に形成することとしたが、遅波板の外周側面にもめっき
層を施すこととしてもよい。このようにすれば、遅波板
のほぼ全体がめっき層により覆われることとなり、マイ
クロ波の漏洩が防止され、遅波板のほぼ全体において異
常放電を防止することができる。

【００８４】また、上述の第２及び第３の実施の形態で
は、遅波板の表面にめっきにより金属層を形成している
が、めっき層に限ることはない。例えば、化学的気相合
成法（ＰＶＤ）や物理的気相合成法（ＰＶＤ）により遅
波板の表面に金属を堆積させて金属層を形成することと
してもよい。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、ラジアルラインスロッ
トアンテナを使ったマイクロ波プラズマ処理装置におい
て、スロット板をＣｕ−Ｗ合金とすることにより、遅波
板を構成する誘電体板との間の熱膨張率差を最小化で
き、加熱されてもマイクロ波放射特性が変化しないアン
テナを実現することができる。またスロット板をめっき
層により形成することによって、遅波板とスロット板と
の間に理想的な密着を実現でき、過熱されてもマイクロ
波放射特性が変化せず、異常放電を防止し得るアンテナ
を実現することができる。さらに、遅波板の上面と下面
とにめっき層等の金属層を形成することにより、遅波板
の上面と下面における異常放電を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来のラジアルラインスロ
ットアンテナを使ったプラズマ処理装置の構成を示す図
である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による
プラズマ処理装置の構成を示す図である。

【図３】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置で使わ
れるラジアルラインスロットアンテナの一部を拡大して
示す図である。

【図４】図２（Ａ）のマイクロ波プラズマ処理装置の処
理ガス供給機構の構成を示す図である。

【図５】図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置の一変
形例を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例によるプラズマ処理装置の
構成を示す図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６のプラズマ処理装置で
使われるラジアルラインスロットアンテナの、スロット
板の形成工程を示す図である。

【図８】本発明の第３実施例によるマイクロ波プラズマ
処理装置の概略構成図である。

【図９】図８に示す遅波板の断面図である。

【図１０】図８に示す遅波板に形成された金属めっき層
のスロットを示す平面図である。

【図１１】同軸導波管と遅波板との接続の一例を示す断
面図である。

【図１２】同軸導波管と遅波板との接続の他の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１００ プラズマ処理装置 １１ 処理容器 １１ａ 排気ポート １１ｂ 張り出し部 １１ｐ プラズマガス供給ポート １１ｒ 処理ガス供給ポート １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 空間 １１Ｇ 減圧およびＨｅ供給ポート １２ 被処理基板 １３ 保持台 １３Ａ 高周波電源 １４ シャワープレート １４Ａ プラズマ励起ガスノズル開口部 １４Ｂ，１４Ｃ プラズマガス通路 １５ カバープレート １６ スロット板 １６ａ，１６ｂ スロット開口部 １６ｒ 低抵抗層 １６₁ 無電解めっき層 １６₂ 電解めっき槽 １７ 金属板 １８ 遅波板 １８₁ セラミック接着剤層 １９ 冷却ブロック １９Ａ 冷却水通路 ２０ ラジアルラインアンテナ ２１ 同軸導波管 ２１Ａ 外側導波管 ２１Ｂ 内側給電線 ３０ 処理ガス供給構造 ３１Ａ 処理ガス通路 ３１Ｂ 処理ガスノズル ３１Ｃ プラズマ拡散通路 ３１Ｒ 処理ガス供給ポート Ｂａｔｈ１ 無電解めっき槽 Ｂａｔｈ２ 電解めっき槽 Ｒ レジスト膜 Ｒ’ レジストパターン ４０ マイクロ波プラズマ処理装置 ４２ 処理容器 ４４ 載置台 ４６ 誘電体板 ４８ 遅波板 ４８ａ 突起部 ４８ｂ 傾斜面 ４８ｃ 頂面 ４８ｄ 貫通孔 ４８ｅ テーパ部 ５０ 支持部材 ５０ａ 通路 ５２ 同軸導波管 ５２ａ 外管 ５２ｂ 内側ケーブル ５４ 同軸導波管変換器 ５６ 導波管 ５８ マイクロ波発生器 ６０ 金属メッキ層 ６２ スロット ６４ 金属板 ６６ ねじ ６８ 接着材 ７０ シールドスパイラル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 昌樹 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学大学院工学研究科電子工学専攻内 (72)発明者 須川 成利 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学大学院工学研究科電子工学専攻内 (72)発明者 後藤 哲也 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学大学院工学研究科電子工学専攻内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA42 AA53 AA57 BA01 BA06 BC04 BC06 CA02 CA03 CA26 CA52 CA63 CA65 DA02 DA18 EA05 EA06 EB01 EB42 EC02 EC10 EE12 EE23 EE34 FA05 FA12 FB01 FB02 FB04 FB06 FC09 FC11 FC15 4K030 FA01 KA30 KA46 LA15 LA18 5F004 AA16 BA06 BD04 5F045 BB02 BB08 DP03 EB02 EB03 EC05 EF05 EH02 EH03 EH05 EH06 EH08 EJ05

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外壁により画成され、被処理基板を保持
   する保持台を備えた処理容器と、 前記処理容器に結合された排気系と、 前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス
   供給部と、 前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して
   設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アン
   テナとよりなり、 前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線
   路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記
   開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマ
   イクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイ
   クロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、 前記マイクロ波放射面を、前記誘電体板との熱膨張率の
   差が、前記誘電体板の熱膨張率に対して１０％以内とな
   るような導電性材料より構成したことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記誘電体板は、Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂お
   よびＳｉ₃Ｎ₄のいずれかより選ばれることを特徴とする
   請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記誘電体板はアルミナセラミックより
   なり、前記マイクロ波放射面はＣｕとＷの合金よりなる
   ことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理
   装置。
4. 【請求項４】 前記マイクロ波放射面は、導電性材料よ
   りなる基材と、前記基材の表面を被覆する、Ｎｉ，Ａ
   ｕ，ＡｇあるいはＣｕよりなるめっき層とよりなること
   を特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の
   プラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記めっき層は６μｍ以上の厚さを有す
   ることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記マイクロ波放射面と前記誘電体板と
   は、セラミック系接着剤層により接着されていることを
   特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載のプ
   ラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記マイクロ波放射面と前記誘電体板と
   は、導電性接着剤層により接着されていることを特徴と
   する請求項１〜５のうち、いずれか一項記載のプラズマ
   処理装置。
8. 【請求項８】 外壁により画成され、被処理基板を保持
   する保持台を備えた処理容器と、 前記処理容器に結合された排気系と、 前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス
   供給部と、 前記処理容器上に、前記プラズマガス供給部に対応して
   設けられ、同軸導波管により給電されるマイクロ波アン
   テナとよりなり、 前記マイクロ波アンテナは、開口部を有するラジアル線
   路裏面金属板と、前記ラジアル線路裏面金属板上に前記
   開口部を覆うように設けられ複数のスロットを有するマ
   イクロ波放射面と、前記ラジアル線路裏面金属板とマイ
   クロ波放射面との間に設けられた誘電体板とよりなり、 前記マイクロ波放射面は、前記誘電体板上に形成された
   導電体材料のめっき層よりなることを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
9. 【請求項９】 前記導電体材料のめっき層は、無電解め
   っき層であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ
   処理装置。
10. 【請求項１０】 前記めっき層は、少なくとも一原子層
    の無電解めっき層と、前記無電解めっき層上に形成され
    た電解めっき層とよりなることを特徴とする請求項９記
    載のプラズマ処理装置。
11. 【請求項１１】 前記導電性材料はＣｕよりなることを
    特徴とする請求項８〜１０のうち、いずれか一項記載の
    プラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】 前記めっき層は、前記誘電体板に接す
    るＮｉ層と，前記Ｎｉ層上に形成されたＣｕ層とよりな
    ることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
13. 【請求項１３】 少なくとも前記Ｃｕ層は、６μｍ以上
    の厚さを有することを特徴とする請求項１２記載のプラ
    ズマ処理装置。
14. 【請求項１４】 前記スロットは、エッチングにより形
    成されたことを特徴とする請求項８〜１３のうち、いず
    れか一項記載のプラズマ処理装置。
15. 【請求項１５】 被処理基体が載置される載置台が内部
    に設けられた処理容器と、 マイクロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ
    波発生器と 該マイクロ波発生器と前記処理容器との間に設けられ、
    前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の波長
    を短縮する遅波板と、 該遅波板により波長短縮されたマイクロ波を前記処理容
    器内の空間に放射するマイクロ波放射部材とを有し、 前記遅波板の少なくとも上面と下面とに金属層が形成さ
    れており、 前記マイクロ波放射部材は、前記遅波板の表面に形成さ
    れた前記金属層より構成されることを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
16. 【請求項１６】 前記マイクロ波放射部材は多数のスロ
    ットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングによ
    り除去することにより形成されることを特徴とする請求
    項１５記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
17. 【請求項１７】 前記金属層の厚みは、前記マイクロ波
    発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいこと
    を特徴とする請求項１５又は１６記載のプラズマ処理装
    置。
18. 【請求項１８】 前記金属層は、銅、金、銀、ニッケル
    よりなる群から選定された材料によるめっき層であるこ
    とを特徴とする請求項１５〜１７のうちいずれか一項記
    載のプラズマ処理装置。
19. 【請求項１９】 マイクロ波の波長は２．４５ＧＨｚで
    あり、前記金属層は銅めっき層よりなり、該銅めっき層
    の厚みは６μｍ以上であることを特徴とする請求項１８
    記載のプラズマ処理装置。
20. 【請求項２０】 前記金属層は、化学的気相合成法（Ｃ
    ＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とする
    請求項１５〜１７のうちいずれか一項記載のプラズマ処
    理装置。
21. 【請求項２１】 前記金属層は、物理的気相合成法（Ｐ
    ＶＤ）により堆積された金属膜であることを特徴とする
    請求項１５〜１７のうちいずれか一項記載のプラズマ処
    理装置。
22. 【請求項２２】 前記マイクロ波発生器からのマイクロ
    波を前記遅波板に供給する同軸導波管をさらに有し、 該同軸導波管の外管及び内側ケーブルは、前記遅波板の
    中央部分に半田付けにより接続されることを特徴とする
    請求項１５〜２１のうちいずれか一項記載のプラズマ処
    理装置。
23. 【請求項２３】 被処理基体が載置される載置台が内部
    に設けられた処理容器と、マイクロ波を発生して前記処
    理容器に供給するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発
    生器と前記処理容器との間に設けられ、少なくとも上面
    及び下面が金属層により覆われており、前記マイクロ波
    発生器からのマイクロ波の波長を短縮する遅波板と、前
    記遅波板の表面に形成された前記金属層の一部により構
    成されたマイクロ波放射部材とを有するマイクロ波プラ
    ズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、 前記被処理基体の処理面を前記マイクロ波放射部材に対
    向するように前記載置台に載置し、 前記遅波板にマイクロ波を供給して、金属層の一部に形
    成された多数のスロットからマイクロ波を前記処理容器
    内に導入し、 導入したマイクロ波により前記処理容器内にプラズマを
    発生させ、発生したプラズマにより前記被処理基体にプ
    ラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
24. 【請求項２４】 プラズマ処理を施す処理容器と、マイ
    クロ波を発生して前記処理容器に供給するマイクロ波発
    生器とを有するマイクロ波プラズマ処理装置に用いら
    れ、前記マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波の
    波長を短縮する遅波板であって、 少なくとも上面及び下面が金属層により覆われており、
    該金属層の一部によりマイクロ波放射部材が構成された
    ことを特徴とする遅波板。
25. 【請求項２５】 前記マイクロ波放射部材は多数のスロ
    ットを有し、該スロットは前記金属層をエッチングによ
    り除去することにより形成されることを特徴とする請求
    項２４記載の遅波板。
26. 【請求項２６】 前記金属層の厚みは、前記マイクロ波
    発生器が発生するマイクロ波の表皮深さより大きいこと
    を特徴とする請求項２４又は２５記載の遅波板。
27. 【請求項２７】 前記金属層は、銅、金、銀、ニッケル
    よりなる群から選定された材料によるめっき層であるこ
    とを特徴とする請求項２４〜２６のうちいずれか一項記
    載の遅波板。
28. 【請求項２８】 供給されるマイクロ波の波長は２．４
    ５ＧＨｚであり、前記金属めっき層は銅めっき層よりな
    り、該銅めっき層の厚みは６μｍ以上であることを特徴
    とする請求項２７記載の遅波板。
29. 【請求項２９】 前記マイクロ波発生器からのマイクロ
    波を前記遅波板に供給する同軸導波管に半田付けにより
    接合される突起部を中央部分に有することを特徴とする
    請求項２４〜２８のうちいずれか一項記載の遅波板。